多孔陶瓷中空纤维膜的制备及其膜蒸馏应用研究

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膜蒸馏作为一种新型的分离技术,在海水淡化、污水处理等领域有广泛的应用前景。而蒸馏膜为膜蒸馏过程非常重要的组成部分,直接影响着膜蒸馏技术的实际应用。好的蒸馏膜材料应该具备好的疏水性、较低的膜传质阻力、较高的孔隙率、以及较好的热稳定性和化学稳定性。目前应用于膜蒸馏过程的蒸馏膜多为高分子膜,和高分子膜相比,陶瓷膜具有更好的机械性能、热稳定以及化学稳定性,其亲水性的表面也可通过表面修饰转化为疏水性,所以可将其开发为应用于膜蒸馏过程的膜。相转化法制备的陶瓷中空纤维膜具有管壁薄、微观结构可控、比表面积大、高的分离性能等优点,在膜蒸馏过程具有很好的应用潜力。   氧化钛以其优异的化学稳定性、无毒性、光催化特性等优点在很多领域有广泛的应用,本论文用锐钛矿型氧化钛陶瓷粉、采用相转化法制备了中空纤维膜支撑体,对其微观结构、孔隙率、机械性能、气体渗透性能进行表征。探索其应用于膜蒸馏过程的可能性。13000C烧结制备的氧化钛中空纤维膜,平均孔径在蒸馏膜的适用范围,不过其气体渗透性能差,虽具有应用于膜蒸馏过程的可能,但渗透通量不会高。因此,仍需继续探索,制备孔径分布适当,气体通量高的氧化钛中空纤维膜。   氧化钇稳定的氧他锆具有优异的热稳定以及化学稳定性,本论文以Y203稳定的2r02(Y-TZP/YSZ)两种陶瓷微粉为膜材质,采用相转化一烧结相结合的方法制备了陶瓷中空纤维膜,对两种陶瓷中空纤维膜的微观结构、孔隙率、孔径分布、弯曲强度以及气体通量和纯水通量性能进行表征。13000C烧结制备的YSZ陶瓷中空纤维膜,具有孔隙率高、海绵层薄、平均孔径适当、气体通量以及纯水通量高等优点,选择其作为蒸馏膜,组装成膜组件应用于真空式膜蒸馏实验。在膜蒸馏实验过程,系统考察了操作条件(料液温度、料液浓度、渗透侧压强以及操作时间)对膜蒸馏的渗透通量的影响,渗透通量随料液温度的升高、料液浓度的降低以及渗透侧压强的降低而增大。模拟海水淡化实验,质量分数为4%的NaCI溶液为料液、温度为800C、渗透侧压强为0.04bar时可得到高达48.3L/m2h的渗透通量。当料液温度保持700C,蒸馏时间近60h过程中,渗透通量有略微下降,清洗并干燥膜组件后,渗透通量有一定程度的恢复,整个过程的盐分截留率一直高达gg.g%。
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